دانش عمومی و مهندسی عمومی پیشنهاد سردبیر

۶ حقیقت بسیار عجیب و باورنکردنی در مورد فلز تیتانیوم

تیتانیوم که در افسانه‎های یونان از آن به عنوان خدایان غول‌آسا یاد می‌شود محکمترین فلز روی زمین است. گرچه این فلز کمیاب نیست ولی به علت هزینه‌های استخراج آن از معدن و تولیدش قیمت بالایی دارد.

ممکن است از چوب‌های گلف یا زیردریایی‎های تیتانیومی شنیده باشید، ولی آیا می‌دانستید در تزئین سفید رنگ و خامه مانند روی کیک نیز تیتانیوم وجود دارد؟

در این مطلب قصد داریم به شش حقیقت جالب در مورد این فلز مشهور و سخت اشاره کنیم. تا انتهای مطلب همراه روکیدا باشید.

فلز تیتانیوم

۱- این فلز «خدایان» تا قرن بیستم آهنگری نشده بود

در زمان قدیم و سال ۱۷۹۱، یک کانی‎شناس آماتور بریتانیایی و کشیش کلیسا ویلیام گرگور در رودخانه‎ای نزدیک به شهر کرانوال با شن‎ریزه مرموز و سیاه رنگی برخورد کرد.

بخشی از این شن‎ریزه‎ها خاصیت مغناطیسی داشتند و گرگور فکر کرد اکسید آهن است ولی مواد دیگر مرموز باقی ماندند. بدون شک اکسید دیگری بودند ولی اکسیدی که در کتاب‌های جامعه زمین‌شناسی سلطنتی از آن اسمی برده شده باشد نبودند.

شیمیدان آلمانی، مارتین هاینریش کلاپروت در سال ۱۷۹۵ مجددا این اکسید عجیب را کشف کرد و اسم افسانه‌ای اکسید تیتانیوم را به یاد خدایان المپ‎‎نشین در افسانه‌های یونان برای آن انتخاب کرد.

حتی با آن که کشف اکسید تیتانیوم در اواخر قرن هجدهم رخ داد ولی تا سال ۱۹۱۰ جداسازی تیتانیوم خالص از فرم اکسید آن انجام نشد، یعنی زمانی که شیمیدان آمریکایی متیو هانتر که برای شرکت جنرال الکتریک کار می‌کرد، به روشی برای جداسازی فلز نقره از اکسید آن تحت فشار و گرمای زیاد در یک «بمب» محصور شده پی برد.

۲- سبک‎ترین و قوی‎ترین فلز روی زمین

تیتانیوم خالص بالاترین نسبت استحکام به وزن را بین تمامی فلزات روی زمین دارد. این فلز به محکمی فولاد ولی ۴۵ درصد سبک‌تر است.

نسبت شگفت‌انگیز استحکام به وزن تیتانیوم و آلیاژهای آن (ترکیبی از تیتانیوم و سایر فلزات) باعث استفاده از آن در موتور و بدنه هواپیماها، موشک‌ها و گلوله‌ها شده است، یعنی هر کاربردی که در آن ترکیبات فلزی باید تا جای ممکن سبک و سخت باشند.

در ساخت ایرباس A380، بزرگترین هواپیمای مسافربری دنیا، ۷۷ تن تیتانیوم استفاده شده است که اکثر آن برای موتور غول‌پیکر این هواپیما صرف شده است.

به لطف یک نوآوری متالورژی در دهه ۳۰ میلادی به اسم «فرآیند Knox»، آهنگری تجاری تیتانیوم در دهه ۴۰ و ۵۰ میلادی به اوج فعالیت خود رسید. اولین کاربرد آن در هواپیما و زیردریایی‎های ارتش (هم شوروی و هم آمریکا) و سپس هواپیمای تجاری در دهه ۶۰ میلادی بود.

۳- تیتانیوم زنگ نخواهد زد

زنگ‌زدگی یا خوردگی یک فرآیند الکتروشیمیایی است که به آهستگی به مرور زمان اکثر فلزات را از بین می‎برد. زمانی که فلزات در هوا یا زیر آب در معرض اکسیژن قرار می‌گیرند، اکسیژن با الکترون‌ها واکنش نشان می‌دهد و چیزی که اسم آن را «اکسیدهای» فلزی می‌گذاریم تولید می‌کند. یکی از متداولترین اکسیدهای خورنده اکسید آهن است که به اسم زنگار نیز شناخته می‎شود.

اما تمامی اکسیدها فلز خود را در معرض زنگ‌زدگی قرار نمی‌دهند. به عنوان مثال، سطح تیتانیوم با یک لایه نازک از دی اکسید تیتانیوم (TiO2) پوشانده شده است که در واقع تیتانیوم زیر خود را از هر نوع خوردگی از جمله الکتروشیمیایی، میکروبی و خوردگی تنشی محافظت می‎کند.

ویژگی طبیعی ضد خوردگی تیتانیوم باعث می‎شود یک فلز ایده‎آل نه تنها برای صنعت هواپیماسازی بلکه همچنین برای قطعات زیر دریا باشد که در معرض آب شور فوق‌العاده خورنده دریا قرار می‌گیرند.

پروانه و همچنین سیستم‌های لوله‌کشی و بالاست کشتی‌ها و سخت‌افزاری که روی عرشه در معرض آب دریا قرار می‌گیرند، اکثرا از تیتانیوم ساخته می‌شوند.

۴- تیتانیوم در بخش‏های مختلف بدن از سر گرفته تا انگشت شست پا دیده می‎شود

همان لایه نازک دی اکسید تیانیوم که از تیانیوم در برابر خوردگی محافظت می‎کند، همچنین باعث می‎شود این فلز امن‎ترین ماده برای کاشت داخل بدن انسان باشد.

تیتانیوم کاملا «از نظر زیستی سازگار» است یعنی فلزی غیر سمی و غیر آلرژیک است و حتی می‏تواند با بافت و استخوان انسان جوش بخورد.

تیتانیوم ماده جراحی انتخاب شده برای ایمپلنت مفاصل و استخوان، صفحه‎های جمجمه‏ای، ریشه‏های ایمپلنت‏های دندان، pegs برای چشم و گوشهای مصنوعی، دریچه‌های قلب، جوشهای ستون فقرات و حتی استنت‎های میزنایی (لوله باریکی که ادرار را از کلیه‌ها به مثانه می‌برد میزنای یا حالب نام دارد) است.

تحقیقات نشان داده است که تیتانیوم سیستم ایمنی بدن را تحریک به رشد مستقیم استخوان روی سطح تیتانیوم می‌کند، فرآیندی که osseointegration (پیوند با استخوان) نام دارد.

دلایل دیگر استفاده از تیتانیوم برای جایگزینی مفصل ران و پین‎ها برای استخوان‌های شکسته این است که تیتانیوم یک نسبت بالای استحکام به وزن دارد که باعث سبک وزنی ایمپلنت‎ها می‎شود، علاوه بر این خاصیت ارتجاعی دقیقا مشابهی با استخوان انسان نشان می‌دهد!

۵- از آن در چوب‎های گلف و سایر تجهیزات ورزشی استفاده می‎شود

چون قیمت تیتانیوم در اواخر قرن بیستم افت پیدا کرد، کارخانه‎ها شروع به جستجو برای استفاده از این فلز جادویی در کاربردهای تجاری بیشتری کردند. استحکام و سبک وزنی تیتانیوم سبب استفاده از آن در ساخت تجهیزات ورزشی شده است.

اولین چوب‎های گلف تیتانیومی در اواسط دهه ۹۰ میلادی وارد فروشگاه‌ها شدند از جمله یک درایور گلف غول‌پیکر ساخت شرکت Callaway به اسم Great Big Bertha. این چوب‎های گلف در مقایسه با درایورهای چوبی یا فولادی گران‎قیمت‎تر بودند ولی موفقیت آن‎ها باعث شد سایر شرکت‌های ساخت لوازم ورزشی به تیتانیوم رو آورند.

امروزه می‌توانید تیتانیوم را در هر نوع تجهیزات ورزشی که در آن وزن، استحکام و دوام مهم است پیدا کنید یعنی: راکت‌های تنیس، چوب بازی لاکراس، چوب اسکی، بدنه دوچرخه، چوب‌های بیسبال، تجهیزات پیاده‌روی و کوهنوردی، تجهیزات کمپ زدن و حتی کفش اسب‌سواری برای اسب‎سواران حرفه‌ای.

۶- رنگ سفید (و تزئین خامه مانند روی کیک) در خود تیتانیوم دارد

تنها ۵ درصد از ۶.۳ میلیون تولید سالیانه تیتانیوم به فلز آهنگری می‌شود. بخش عظیم آن به دی اکسید تیتانیوم تبدیل می‌شود، یعنی همان ماده‌ای که به صورت طبیعی از تیتانیوم در برابر خوردگی محافظت می‌کند.

از دی اکسید تیتانیوم در سراسر جهان به عنوان یک رنگ‌دانه سفیدکننده غیر سمی برای رنگ کردن، محصولات آرایشی، داروها و غذا از جمله تزئین سفید رنگ و خانه مانند روی کیک استفاده می‌شود.

رنگ سفید قبلا با یک رنگ‎دانه بر پایه سرب رنگ می‎شد ولی به دنبال بررسی اثرات سرب روی بدن، دی اکسید تیتانیوم جای آن را گرفت. بعدا مشخص شد که رنگ‎دانه‎های بر پایه تیتانیوم ویژگی‎های جالبی دارند.

نقاشان خانه رنگ‎های سفید بر پایه تیتانیوم را انتخاب می‌کنند چون ضد خورنده هستند و دوام بیشتری دارند. اکسید تیتانیوم فوق‎العاده خاصیت انکساری بالایی دارد، در نتیجه شکوه ظاهری آن از الماس زیباتر است و یک سایه به ویژه روشن از رنگ سفید به وجود می‎آورد.

اکسید تیتانیوم همچنین نور مادون قرمز را منعکس می‎کند و به همین دلیل است که رنگ‎های بر پایه تیتانیوم همیشه روی نمای خارجی رصدخانه‎های خورشیدی استفاده می‎شوند تا نور مادون قرمز که تصاویر را محو می‎کند را پخش کند.

منبع: science.howstuffworks.com

مطالب مرتبط

راهکارهای خانگی تامین ویتامین K

کیوان

آمازون: تحویل آنلاین غذا در هند

کیوان

همه چیز در مورد قلقلک!

کیوان

پس از ۱۸ سال وقفه، تحقیق درباره خورد و خوراک ایرانیان از سر گرفته شد

کیوان

شباهت سلولی در کبد به سلول بنیادی جنین

کیوان

قابلیت های Ambient Mode: دستیار صوتی گوگل

کیوان

کشف عروس دریایی غول‌پیکر

کیوان

ریسک سرطان پوست و ارتباط آن با ژنیتیک

کیوان

کارت هوشمند اپل با چه فناوری شهریور ماه عرضه می‌شود؟

کیوان

ربات دستیار جراح قلب ایرانی ساخته شد

کیوان

چرا باید خونریزی بینی را جدی بگیریم؟

کیوان

آلودگی هوا عامل بروز آسم در کودکان است؟

کیوان

شناسایی ۲ پروتئین که آغازگر رشد جنین هستند

کیوان

لمس اشیا توسط افراد قطع عضو + فیلم

کیوان

عضلات مصنوعی توسعه داده‌شده قوی‌تر از عضلات انسانی هستند!

کیوان

قدیمی‌ترین آثار هنری جهان بر روی استخوان‌

کیوان

در میانسالی دور چه چیزهایی را باید خط بکشیم؟!

کیوان

تبدیل کربن دی‌ اکسید به سوخت

کیوان

Leave a Comment